FR2995607A1

FR2995607A1 - Film de matiere synthetique

Info

Publication number: FR2995607A1
Application number: FR1358875A
Authority: FR
Inventors: Matthias Perrick; Herbert Bader; Joachim Hawighorst
Original assignee: Mondi Consumer Packaging Technologies GmbH
Current assignee: Mondi AG
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2014-03-21
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: GB2507632B8; GB2507632A; GB2507632A8; GB2507632B; DE102012108705B4; US20140079938A1; DE102012108705A1; FR2995607B1; GB201315641D0

Abstract

Film de matière synthétique ayant une épaisseur inférieure à 400 µm comportant une polyoléfine en une matière première renouvelable ou un mélange de polyoléfine(s) avec un polymère d'une matière première renouvelable. Le film a au moins une couche de film expansé obtenue par une expansion avec une augmentation de volume d'au moins 20 %.

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un film de matière synthétique contenant une polyoléfine d'une matière première renouvelable ou un mélange de polyoléfine(s) avec un polymère formé par des matières premières renouvelables. Les polymères sont habituellement obtenus à partir d'hydrocarbures fossiles, notamment de pétrole. On utilise les combinaisons du carbone et on les libère, ce qui se répercute de manière négative sur le bilan CO2 dangereux pour le climat. Le pétrole est également une matière première disponible en quantités limitées de sorte qu'au moins à moyen terme, il faut trouver et utiliser des matières premières alternatives. Dans ce contexte, la dépendance de l'industrie qui traite les matières plastiques par rapport à la recherche pétrolière et les variations considérables du prix du pétrole se répercutent de ma- nière négative. Dans ce contexte, il est connu d'utiliser des matières synthétiques provenant de matières premières renouvelables pour la fabrication de pièces moulées et de films en matière synthétique. On améliore le bilan en CO2 si dans une composition de polymères, une partie des combinaisons d'hydrocarbures fossiles est remplacée par des matières premières renouvelables. Il existe différentes propositions pour utiliser des poly- mères formés à partir de matières premières renouvelables. C'est ainsi que par exemple des polymères qui existent dans la biomasse telle que la cellulose et l'amidon peuvent être utilisés tels quels ou avec de faibles modifications. En particulier, l'amidon thermoplastique peut s'utiliser comme mélange pour une polyoléfine usuelle. De plus, on connaît des polymères tels que l'acide polylactique obtenus à partir de combinaisons organiques appropriées telles que par exemple du glucose.

Enfin on peut fabriquer de l'alcool biologique à partir de matières premières renouvelables, utilisé ensuite pour fabriquer des polyoléfines usuelles. Un procédé de fabrication de polyoléfine à base de matières premières renouvelables est connu selon le document WO 2008/067627 A2. Ce procédé correspond à l'état de la technique selon lequel on obtient des éthylènes comme produit de départ pour la polymérisation par déhydruration de bio-alcool. Selon le document WO 2011/140496 A 1, on connaît un film de matière synthétique ayant les caractéristiques du préambule de la première revendication. Selon ce document, un film de matière syn- thétique à orientation bi-axiale contient une polyoléfine de matière première renouvelable. Selon ce document WO 2011/140496 A 1, on peut également utiliser un mélange de matières premières fossiles et de matières premières renouvelables. Comme mesure de la teneur en matières premières renouvelables, il est prévu d'appliquer le test C14 isotope se- lon la norme ASTM D 6866 qui peut également s'appliquer dans le cadre de la présente invention pour des contrôles. But de l'invention La présente invention a pour but d'améliorer le bilan en CO2 à partir de polymères connus à base de matières premières renou- velables. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un film de matière synthétique du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'il a au moins une couche de film expansé obtenue par une expansion avec une aug- mentation de volume d'au moins 20 %. L'augmentation indiquée se rapporte à la comparaison avec une couche de film expansé, réalisée avec la même quantité de polymère. Par l'expansion d'au moins une couche de film pour une même quantité de matière, on obtient un plus grand volume et une plus grande stabilité. Si en revanche, comme habi- tuellement, on prédéfinit les propriétés de la matière telles que la résistance et l'épaisseur du film, alors on peut réduire la quantité de matière utilisée grâce à l'expansion. Le film de matière synthétique est de préférence un film soufflé, c'est-à-dire un film fabriqué par extrusion d'un film soufflé ou par co-extrusion d'un film soufflé. L'épaisseur du film de matière synthétique est habituellement inférieure à 400 gm. En principe, le film de matière synthétique est un mono- film. La couche de film expansé est alors l'unique couche du film de matière synthétique et contient la polyoléfine de matière première renouvelable ou un mélange de polyoléfine(s) avec un polymère formé à partir de matière première renouvelable. Selon un développement préférentiel de l'invention, le film de matière synthétique selon l'invention est un film co-extrudé à plu- sieurs couches, fabriqué notamment selon le procédé de film soufflé dé- crit ci-dessus. Dans le cas d'une structure à plusieurs couches, il est possible d'adapter cette structure de manière optimale aux nécessités. En particulier, on peut combiner des couches de film expansé et des couches de film non expansé. En particulier, la couche de film expansé dans le cas d'une structure à au moins trois couches est la couche centrale ou couche de coeur entre deux couches extérieures non expansées. Dans le cadre d'un tel développement, on a une concordance particulièrement importante avec un film non expansé et néanmoins grâce à la couche de coeur expansée, on économise de la matière. De plus, grâce aux couches non expansées, situées à l'extérieur, on a un certain effet de contreplaqué selon lequel les couches non expansées extérieures stabilisent l'ensemble du film. Il faut remarquer que lorsqu'on plie ou que l'on cintre le film, précisément les couches extérieures déterminent pour l'essentiel la solidité alors que la couche de coeur correspond à la région de la fibre neutre. Enfin et en fonction de l'application, par l'expansion d'au moins une couche de film, on a également une fonction supplémentaire. Vis-à-vis d'une couche de film non expansé de même épaisseur totale, on arrive à une densité qui n'est que légèrement inférieure, de façon ca- ractéristique inférieure à 0,8 g/cm3 mais on a également une certaine souplesse. Ainsi vis-à-vis d'objets pointus, contendants, tout le film est souple dans une certaine mesure si le film a au moins une couche de film expansé de sorte que la force appliquée sera répartie sur une région plus grande. De plus, le film synthétique expansé peut également recevoir des liquides. Si le film de matière synthétique est par exemple utilisé comme emballage alimentaire, le liquide dégagé par le produit alimentaire peut être absorbé dans une certaine mesure par la couche expansée. Cela se produit notamment si le film de matière synthétique fait partie d'un emballage dit pour un usage micro-ondes et si le produit alimentaire est réchauffé dans son emballage au four à micro-ondes. La capacité de réception de la couche expansée peut être augmentée en ajoutant un polymère super-absorbant à cette couche.

Un polymère super-absorbant est habituellement un copolymère d'acide acrylique et d'acrylate de sodium et le polymère super-absorbant peut prendre jusqu'à 500 fois son poids propre en liquide. Selon l'invention, on a un film de matière synthétique dont le composant principal est une polyoléfine de matière première re- nouvelable ou mélangée à des matières premières renouvelables. C'est ainsi que l'on peut utiliser un polyéthylène à base de matière première renouvelable qui provient par exemple de cellulose de canne à sucre ou de déchets organiques. Les polymères correspondants sont obtenus principalement à partir de matières premières renouvelables. Le cas échéant, en tant que matière synthétique appelée bio-polymère, ils con- tiennent souvent une fraction d'hydrocarbures fossiles et la teneur en matières premières renouvelables se situe de manière caractéristique entre 80 et 90 `)/0. Une autre matière convenant particulièrement est un mé- lange d'amidon thermoplastique (TPS) avec des polyéthylènes obtenus habituellement à partir de matières premières fossiles. La teneur en hydrocarbures provenant de matières premières renouvelables se situe alors à environ 2/3 de la quantité totale de polymères. De plus, on peut également envisager un mélange d'amidon thermoplastique (TPS) et de polypropylène (PP). Pour optimiser la teneur en matières premières renouvelables, on peut mélanger l'amidon thermoplastique (TPS) avec un polyéthylène résultant au moins en partie de matières premières renouvelables.

Le film de matière synthétique selon l'invention peut comporter habituellement des charges pour augmenter le volume ou une teinte. Pour arriver à un film teinté, non transparent, on prévoit une matière plastique. Pour générer un film imprimable, blanc, on prévoit habituellement un bain de blanc à base d'oxyde de titane (TiO2) dans les différentes couches de film, de manière caractéristique avec une teneur allant jusqu'à 20 %. En option dans au moins une couche de film expansé, on prévoit une charge de particules anorganiques qui, à l'expansion, pro- duisent une nucléation c'est-à-dire développent un grand nombre de petites cellules. De façon particulièrement appropriée comme charge, la craie ou le talc sont par exemple prévus avec une teneur pondérale comprise entre 5 et 30 % dans la couche de film expansé. Si une telle charge est utilisée comme aide à la nucléation avec un mélange TPS-PE tel que décrit, en pratique, on aura un degré d'expansion plus fort qu'avec du polyéthylène pur. Le poly-amidon thermoplastique convient pour cette raison tout particulièrement dans son application à une couche expansée. L'expansion effective dans le cas d'un mélange TPSPE provient du fait que l'amidon thermoplastique en tant que tel consti- tue un initiateur de nucléation. Suivant le degré d'expansion, on évite ainsi totalement toute adjonction supplémentaire d'une matière de remplissage comme aide à la nucléation. La mise en couleur telle que décrite avec une teinte ne constitue qu'une option dans le cas du film de matière synthétique se- lon l'invention. Grâce à au moins une couche de film expansé, on aura toujours une certaine turbitude ne permettant pas d'avoir un film de matière plastique totalement clair, totalement transparent. Selon un développement préférentiel de l'invention, au moins une couche de film expansé a une structure micro-cellulaire ob- tenue par l'adjonction d'un gaz inerte pendant le procédé d'extrusion. En principe, on connaît différentes réactions d'expansion consistant à ajouter différents agents d'expansion au cours du traitement du polymère thermoplastique. On aura une structure 'de bulles de petites cellules particulièrement régulières en ajoutant un gaz inerte, par exemple du dioxyde de carbone ou de l'azote au cours du procédé d'extrusion. Le gaz inerte alimente alors l'extrudeuse et il est injecté sous pression dans l'extrudeuse avec le polymère pour former une masse de polymère homogène ou pratiquement homogène. La chute de pression au cours de l'extrusion produit une séparation des phases développant de petites cellules sous la forme de bulles réparties régulièrement dans toute la matière. La formation des différentes cellules peut être encore améliorée en ajoutant les charges énoncées ci-dessus sous la forme de craie ou de talc. La quantité de gaz fournie représente de préférence entre 0,02 et 0,25 `)/0 en poids.

Pendant la co-extrusion, on peut ajouter l'agent qui forme la mousse c'est-à-dire notamment le gaz inerte uniquement à une couche ou à une partie des couches. Comme procédé d'expansion qui convienne tout particu- lièrement dans le cadre de l'invention, il y a ceux décrits dans les do- cuments US 6 051 174, WO 98/08667 A2, WO 01/89794 Al, WO 02/14044 Al et WO 2004/039552 A2. Le procédé est en pratique également appelé procédé d'extrusion multi cellules et des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé ou comme équipement a posteriori sur des extrudeuses classiques sont distribués par la Société Trexel Inc., USA. La quantité de gaz fourni est de préférence comprise entre 0,02 et 0,25 `)/0 en poids. Comme développé ci-dessus, le film de matière synthé- tique selon l'invention peut également avoir une teneur importante de polyoléfine ou d'une autre matière plastique provenant de matières premières fossiles. Tout d'abord, les biopolymères habituels, disponibles actuellement, ont eux-mêmes une certaine teneur en gaz carbonique provenant des hydrocarbures fossiles. De plus, on obtient les caractéristiques souhaitées propres au film, en pratique en mélangeant différentes matières synthétiques. En particulier, si selon les nécessités techniques, on peut supprimer une fraction de matière première fossile, on obtiendra par l'expansion, une utilisation supplémentaire importante pour le bilan de CO2. De façon préférentielle, toute la fraction pondérale de composants développés à partir des matières premières renouvelables représente au moins 25 % et d'une manière particulièrement pré- férentielle au moins 30 `)/0. Selon l'invention, la couche de film expansé a une augmentation de volume d'au moins 20 `)/0 produite par l'expansion. Cette augmentation de volume est synonyme de ce que les cellules non remplies de polymère représentent une partie correspondante du volume.

Comme déjà décrit précédemment, on a de manière préférentielle une structure micro-cellulaire formée par exemple par un procédé de mous-sage multi cellules. Habituellement, les cellules sont significativement plus petites que l'épaisseur de la couche de film expansé de sorte que la micro-structuration correspond au développement de cellules séparées, de préférence fermées. L'augmentation de volume générée par l'expansion peut représenter sans difficulté 100 `)/0 ou plus par rapport à une couche non expansée. L'expansion préférentielle pendant le procédé d'extrusion permet de donner aux cellules une orientation considérable et les cellules sont allongées dans la direction longitudinale c'est-à-dire dans le plan du film. Pour arriver à une participation considérable en matières premières du point de vue de l'économie par le CO2, la fraction de volume rapportée à tout le film de matière synthétique des cellules formées par expansion représente de préférence au moins 20 % et d'une manière particulièrement préférentielle au moins 30 `)/0. Le film en matière plastique ou les couches de film dans le cas d'une structure multi couches peuvent comporter habituellement des additifs. Dans la mesure où au moins l'une des couches de film expansé a un agent lubrifiant susceptible de migrer, il faut utiliser une quantité supérieure d'agent lubrifiant sur un film non expansé car toute la surface du film expansé est augmentée par les cellules et l'agent lubrifiant peut également migrer sur la surface formée à l'intérieur de la couche dans les cellules. Le film de matière synthétique selon l'invention à base de polyoléfine présente une couche à bonnes caractéristiques habituelles de bonne thermo-soudabilité. Si le film de matière synthétique est utilisé comme monofilm ou si au moins une couche expansée forme le côté extérieur d'un film co-extrudé à plusieurs couches, la couche de film expansé peut servir de couche pour sceller. Le scellement se fait en ap- pliquant la pression et la température, ou avec un laser ou aussi aux ultrasons. Contrairement à toute prévision, la couche fortement expansée dans le cadre de l'invention peut être scellée par ultrasons à la fois par les cellules ouvertes en principe avec un apport d'énergie efficace moindre par les ultrasons. De façon surprenante, des essais ont toute- fois montré que le soudage aux ultrasons n'entraîne pas de détérioration importante par comparaison à une couche de film non expansé. Le film de matière synthétique convient notamment comme film d'emballage pour des sacs. Cela permet de réaliser l'ensemble du sac exclusivement avec le film de matière synthétique et dans le cas d'une réalisation à plusieurs couches, on aura une première couche extérieure comme couche miroir et en regard, une seconde couche extérieure comme couche imprimable. De plus, le film de matière synthétique selon l'invention peut également être marouflé à un autre film, ce qui permet de réaliser à partir du film marouflé, des emballages de sacs ou des films de recouvrement pour des emballages à coque. En particulier, on peut faire un marouflage avec un film ou une couche de film en polytéréphtalate d'éthylène (PET), en polypropylène à orientation bi-axiale (BO-PP) ou le cas échéant également à partir d'un film en matière première renouve- lable. De tels films à caractéristiques bio, sont par exemple des films de cellulose, d'acide polylactique (PLA) ou de bio-PET qui subissent de toute façon une orientation (OPLA/Bio-OPET). Le film de matière synthétique selon l'invention peut être fabriqué sans composant nocif pour la santé ou empoisonné de sorte qu'il convient tout particulièrement comme emballage pour des produits alimentaires et l'alimentation animale. De plus, l'emballage peut également s'utiliser pour des produits textiles, des articles d'hygiène ou analogues.

L'invention sera décrite ci-après à l'aide de deux exemples de réalisation. Selon un premier exemple, par co-extrusion soufflée, on réalise un film de matière synthétique à trois couches, d'une épaisseur totale de 100 gni et d'une structure de couche symétrique. Selon le ta- bleau 1 donné ensuite, les deux couches extérieures ont une épaisseur de 15 gni et sont formées de mélange de polyéthylène ; elles se composent jusqu'à 60 `)/0 en poids d'un polyéthylène basse densité, linéaire, formé essentiellement de matières premières renouvelables (Bio-PELLD). La teneur en matières premières renouvelables est supérieure à 80 `)/0. En plus d'un polyéthylène formé à partir de matières premières fossiles et ayant une densité moindre, on prévoit également un bain blanc avec une certaine teneur allant jusqu'à 10 % en poids, pour réaliser la teinte. Les densités données dans le tableau se rapportent à l'unité g/cm3. L'indice de fusion MFI est donné en unité g/ 10 min.

La couche de coeur ou couche centrale présente par ex- pansion une augmentation de volume de 100 `)/0 et contient 30 `)/0 d'un polyéthylène linéaire de faible densité et réalisé à partir de matières premières renouvelables. Ce polyéthylène basse densité, linéaire, bio (bio-PEL-LLD) est mélangé avec des polyéthylènes type basse densité à base bio ou à base huile. En plus, on a un lot avec du talc selon une teneur pondérale de 20 % qui soutient l'expansion par les nucléides. La teneur totale en matière brute renouvelable, rapportée au film total, représente entre 30 `)/0 et 50 `)/0. Grâce à l'expansion, par rapport à un film compact de même épaisseur, on aura une réduction de la densité d'environ 30-40 %. Vis-à-vis d'un film compact d'épaisseur moindre, on a ainsi une réduction totale du carbone fossile de 50 % à 70 %.20 Tableau 1 Couche 1 non expansée Couche 2 expansée Couche 3 non expansée Epaisseur 15 gm Epaisseur 70 gm Epaisseur 15 gm 60 `)/0 Bio-PE-LLD 30 `)/0 Bio-PE-LLD 60 `)/0 Bio-PE-LLD (densité = 0,915 à (densité = 0,915 à (densité = 0,915 à 0,925, 0,925, 0,925, MFI = 2 à 3, matière MFI = 2 à 3, matière MFI = 2 à 3, matière première renouvelable > première renouve- première renouvelable > 80 `)/0) lable > 80 `)/0) 80 `)/0) 30 `)/0 PE-LD (densité = 30 `)/0 PE-LLD-C8 30 `)/0 PE-LD 0,92 à 0,93, (densité = 0,915 à (densité = 0,92 à 0,93, MFI = 1,5 à 2,5) 0,925, MFI = 1,5 à 2,5) MFI = 3 à 8) 10 % lot de blanc à base 10 % de blanc à base de de TiO2 20 `)/0 PE-LD TiO2 (densité = 0,915 à 0,925, MFI = 3 à 8) 20 `)/0 de lot de talc Quantité de gaz in- jecté (N2) = 0,01 `)/0 en poids Selon le second exemple de réalisation, on utilise égale- ment un film formé par co-extrusion de film soufflé à deux couches avec un mélange de polyoléfines contenant de l'amidon thermoplastique et du polyéthylène provenant de matières premières fossiles (composé TPE-PE). L'épaisseur du film est égale à 120 gni. La teneur totale en matières premières renouvelables de cette matière synthétique est comprise entre 40 % et 70 %. Le mélange de polyoléfines avec une matière première renouvelable est mélangé dans les trois couches avec du po- lyéthylène et de l'acétate d'éthyle-vinyle de matière première fossile. Pour améliorer la nucléation, c'est-à-dire pour former de petites cellules, la couche de coeur, expansée, contient 10 % en poids de talc. La couche de coeur par expansion a une augmentation de volume d'un fac- teur 2,6 (et passe de 30 gin à 80 gin). Bien que vis-à-vis du premier exemple de réalisation, on a utilisé une moindre quantité de craie. L'amélioration de l'expansion provient de ce que pour le procédé multi cellules appliqué, l'amidon thermoplastique du composé TPS-PE favo- rise la nucléation, ce qui donne un degré d'expansion relativement éle- vé. Tableau 2 Couche 1 non expansée Couche 2 expansée Couche 3 non expansée Epaisseur 20 gin Epaisseur 80 gin Epaisseur 20 gin 45 % TPS-PE 45 % TPS-PE 45 % TPS-PE (densité = 1,1 à 1,3, (densité = 1,1 à 1,3, (densité = 1,1 à 1,3, MFI = 1 à 4, matière MFI = 1 à 4, matière MFI = 1 à 4, matière première renouvelable = première renouve- première renouvelable = 40 à 70 `)/0) lable = 40 à 70 `)/0) 40 à 70 `)/0) 32 `)/0 PE-LLD-C4 ou -C6 37 `)/0 PE-LLDm-C4 32 `)/0 PE-LLD-C4 ou -C6 (densité = 0,91 à 0,93, ou -C6 (densité = (densité = 0,91 à 0,93, MFI = 2 à 3) 0,91 à 0,92, MFI = 10 à 18) MFI = 2 à 3) 15 `)/0 PE-LD (densité = 10 `)/0 de lot de talc 15 `)/0 PE-LD (densité = 0,92 à 0,93, MFI = 1 à 3) 0,92 à 0,93, MFI = 1 à 3) 8 `)/0 EVA (teneur en VA 8 `)/0 EVA (teneur en 8 ()/0 EVA (teneur en VA entre 15 à 30 `)/0, densité VA 15 à 30 `)/0, den- 15 à 30 `)/0, densité = = 0,93 à 0,95, MFI = 1 à 5) sité = 0,93 à 0,95, MFI = 1 à 5) 0,93 à 0,95, MFI = 1 à 5) Quantité de gaz injecté (N2) = 0,1 `)/0 en poids 10

Claims

REVENDICATIONS1°) Film de matière synthétique ayant une épaisseur inférieure à 400 µm comportant une polyoléfine d'une matière première renouvelable ou un mélange de polyoléfine(s) avec un- polymère d'une matière première renouvelable, film caractérisé par au moins une couche de film expansé obtenue par une expansion avec une augmentation de volume d'au moins 20 %.
2°) Film de matière synthétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film est un film obtenu par soufflage.
3°) Film de matière synthétique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par une structure co-extrudée à plusieurs couches.
4°) Film de matière synthétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que toutes les couches contiennent la polyoléfine de matière première re- nouvelable ou le mélange de polyoléfine(s) avec un polymère de matière première renouvelable.
5°) Film de matière synthétique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu' en plus de la couche de film expansé, il a au moins une couche de film non expansé.
6°) Film de matière synthétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche de film expansé dans le cas d'une structure à au moins trois couches est la couche de coeur entre deux couches extérieures non ex- pansées.357°) Film de matière synthétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de film expansé a une structure micro-cellulaire obtenue par l'adjonction d'un gaz inerte pendant le procédé d'extrusion. 8°) Film de matière synthétique selon la revendication 1, caractérisé par une teneur en polyoléfine(s) provenant de matières premières fossiles. 9°) Film de matière synthétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur pondérale totale des composants en matières premières renouvelables représente au moins 25 %. 10°) Film de matière synthétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur volumique rapportée à l'ensemble du film de matière plastique correspond à des cellules obtenues par expansion représentant au moins 20 % et de préférence à au moins 30 %. 11°) Film de matière synthétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de film expansé a une charge en particules anorganiques. 12°) Film de matière synthétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de film expansé contient un polymère super absorbant. 13°) Application d'un film de matière synthétique selon l'une des reven- dications 1 à 12 comme film d'emballage pour des sachets d'emballage.